并发编程之三大特性及JMM内存模型

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了并发编程之三大特性及JMM内存模型。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

原子性

如何保证原子性

可见性

如何保证可见性

有序性

如何保证有序性

Java内存模型(JMM内存模型)

Java内存模型的一些关键概念：

主内存与工作内存交互协议

Java内存模型通过以下手段来确保多线程程序的正确性：

锁机制

volatile

volatile禁止指令重排序

Happens-Before

并发三大特性

原子性、可见性、有序性

原子性

原子性是指一个操作是不可中断的。一个原子操作是一个不可分割的整体，要么全部执行成功，要么全部不执行。在多线程环境下，当多个线程访问共享变量时，如果其中一个线程在执行某个操作，其他线程不能同时执行该操作。

public class AtomicTest {
    private static volatile int counter = 0;

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    //synchronized (AtomicTest.class) {
                        counter++;
                   // }
                }
            });
            thread.start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(counter);
    }
}

正常执行后counter变量的值远远大于预期10000，加synchronized后counter变量为10000

如何保证原子性

1. 通过synchronized关键字保证原子性

2. 通过 Lock锁保证原子性

3. 通过 CAS保证原子性

可见性

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即看到这个修改。在多线程环境下，由于线程之间的缓存机制，一个线程对共享变量的修改可能不会立即被其他线程看到。

public class VisibilityExample {
    private static boolean stop = false;

    public static void main(String[] args) {
        // 线程1：修改共享变量
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            while (!stop) {
                // do something
            }
            System.out.println("Thread 1 finished");
        });
        // 线程2：修改共享变量
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            stop = true;
            System.out.println("Thread 2 set stop to true");
        });

        // 启动线程1
        thread1.start();

        // 稍等片刻
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 启动线程2
        thread2.start();
    }
}

在以上代码中，两个线程分别运行，并且共享一个stop变量。线程1在一个循环中检查stop变量是否为false，而线程2在启动后将stop变量设置为true。然而，由于没有同步机制，线程1可能不会立即看到线程2对stop变量的修改，导致线程1一直在循环中无法退出。

private static volatile boolean stop = false;

通过给stop变量增加volatile修饰，即可保证可见性。

如何保证可见性

通过volatile 关键字保证可见性
通过内存屏障保证可见性
通过synchronized 关键字保证可见性
通过Lock锁保证可见性

有序性

有序性是指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。在多线程环境下，由于指令重排序等优化，有时候线程执行的顺序可能与代码的顺序不一致。

public class ReOrderTest {

    private static  int x = 0, y = 0;
    private  static  int a = 0, b = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int i=0;
        while (true) {
            i++;
            x = 0;
            y = 0;
            a = 0;
            b = 0;

            Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    //用于调整两个线程的执行顺序
                    shortWait(20000);
                    a = 1; 
                    x = b; 

                }
            });
            Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    b = 1;
                    y = a;

                }
            });

            thread1.start();
            thread2.start();
            thread1.join();
            thread2.join();

            System.out.println("第" + i + "次（" + x + "," + y + ")");
            if (x==0&&y==0){
                break;
            }
        }
    }
    public static void shortWait(long interval){
        long start = System.nanoTime();
        long end;
        do{
            end = System.nanoTime();
        }while(start + interval >= end);
    }
}

执行结果：x,y出现了0,0的结果，程序终止。出现这种结果有可能是重排序导致的。

如何保证有序性

通过volatile 关键字保证有序性
通过内存屏障保证有序性
通过synchronized关键字保证有序性
通过Lock锁保证有序性

Java内存模型(JMM内存模型)

Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是Java程序中多线程并发访问共享变量时，对内存操作行为的一种规范。它定义了在多线程环境中，线程如何与主内存和工作内存交互，以确保并发程序的正确性。

并发编程之三大特性及JMM内存模型,并发编程,java,开发语言,后端

Java内存模型的一些关键概念：

1. 主内存（Main Memory）：主内存是所有线程共享的内存区域，包含所有的共享变量。所有的线程都可以访问主内存。
2. 工作内存（Working Memory）：每个线程有自己的工作内存，存储了该线程使用到的变量的副本。线程对变量的所有操作都在工作内存中进行，不直接读写主内存。
3. 共享变量：多个线程之间可以共享的变量，例如类的静态变量或实例变量。
4. 原子性（Atomicity）：单个的读/写操作是原子的，即要么完成，要么不开始。
5. 可见性（Visibility）：当一个线程修改了共享变量的值，其他线程应该能够立即看到这个变化。
6. 有序性（Ordering）：程序执行的顺序与代码中的顺序一致。

主内存与工作内存交互协议

从工作内存同步到主内存之间的实现细节，Java内存模型定义了以下八种原子操作来完成：
lock（锁定）:作用于主内存的变量，把一个变量标识为一条线程独占状态。
unlock（解锁）:作用于主内存变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定。
read（读取）:作用于主内存变量，把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load（载入）:作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
use（使用）:作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
assign（赋值）:作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。
store（存储）:作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write的操作。
write（写入）:作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。

并发编程之三大特性及JMM内存模型,并发编程,java,开发语言,后端

Java内存模型通过以下手段来确保多线程程序的正确性：

1. 锁机制：使用synchronized关键字或显式锁来保护共享数据，确保在同一时刻只有一个线程可以访问临界区。
2. volatile关键字：用于修饰共享变量，保证可见性。对一个volatile变量的写操作将立即刷新到主内存，而读操作将从主内存中加载最新的值。
3. final关键字：被final修饰的字段在构造函数结束之前就已经对其他线程可见。
4. Happens-Before关系： JMM定义了Happens-Before的规则，确保在某个操作之前的操作对其可见。

锁机制

1. 当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。
2. 当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中。

synchronized关键字的作用是确保多个线程访问共享资源时的互斥性和可见性。在获取锁之前，线程会将共享变量的最新值从主内存中读取到线程本地的缓存中，释放锁时会将修改后的共享变量的值刷新到主内存中，以保证可见性。

volatile

1. 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
2. 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效，线程接下来将从主内存中读取共享变量。

volatile禁止指令重排序

并发编程之三大特性及JMM内存模型,并发编程,java,开发语言,后端

Happens-Before

Happens-Before是Java内存模型（Java Memory Model，JMM）中一个重要的概念，用于规定多线程程序中操作之间的执行顺序和可见性关系。这个概念确保了在程序中对共享变量的操作是按照一定顺序执行的，以避免出现不确定的结果和数据竞争问题。

如果操作A在操作B之前发生在之前（happens-before），那么操作A对于操作B来说，必定是可见的，而且操作A的效果将被操作B看到。

Happens-Before部分关系规则：

1. 程序顺序规则（Program Order Rule）：在一个线程中，操作按照程序代码的先后顺序执行。
2. 锁定规则（Lock Rule）：释放锁的操作Happens-Before于后续对同一锁的加锁操作。
3. volatile变量规则（Volatile Variable Rule）：对volatile变量的写操作Happens-Before于后续对这个变量的读操作。
4. 传递性（Transitivity）：如果操作A Happens-Before于操作B，且操作B Happens-Before于操作C，那么操作A Happens-Before于操作C。
5. 线程启动规则（Thread Start Rule）：线程的启动操作Happens-Before于该线程的任何操作。
6. 线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程的所有操作Happens-Before于其他线程检测到该线程已经终止。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-805601.html

到了这里，关于并发编程之三大特性及JMM内存模型的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！